Żywica jonowymienna: co to jest i jak działa wymiana jonowa, rodzaje jonitów, demineralizacja i dejonizacja. Przeczytaj poradnik!
Na czym polega wymiana jonowa
Wymiana jonowa zatrzymuje jony rozpuszczone w wodzie i oddaje w zamian inne. Nic nie znika i nic nie zostaje zużyte w sensie chemicznym; następuje zamiana. Stąd nazwa.
Pytanie, jak działa wymiana jonowa, sprowadza się w praktyce do dwóch rzeczy: co dzieje się wewnątrz ziarna i dlaczego to działanie kiedyś się kończy. Poniższe akapity odpowiadają w tej kolejności.
Żywica jonowymienna: co to jest i co dzieje się w ziarnie
Żywica jonowymienna to drobne, najczęściej kuliste ziarna usieciowanego polimeru. W ten szkielet wbudowane są grupy funkcyjne o stałym ładunku elektrycznym, a przy nich siedzą ruchliwe jony przeciwne.
Kiedy woda przepływa przez zasypkę, rozpuszczone w niej jony konkurują z jonami przeciwnymi o miejsca przy grupach funkcyjnych. Jony o większym powinowactwie wypierają te słabiej związane, a wyparte przechodzą do wody i zostają odprowadzone. Tak działa żywica jonowymienna, niezależnie od tego, czy pracuje w zmiękczaniu, czy w demineralizacji.
W polskiej praktyce technicznej używa się obok siebie dwóch określeń. Jonity to to samo co żywice jonowymienne; pierwsze pochodzi z języka podręcznikowego i dokumentacji przetargowej, drugie z języka dostawców. W dalszej części tekstu używamy formy dłuższej.
Rodzaje żywic jonowymiennych oraz różnica między anionitem i kationitem
| Rodzaj żywicy | Ładunek stały | Przyjmuje | Oddaje |
|---|---|---|---|
| Kationit silnie kwaśny | ujemny | wapń, magnez i inne kationy | sód lub wodór |
| Anionit silnie zasadowy | dodatni | siarczany, chlorki, azotany i inne aniony | wodorotlenek lub chlorek |
| Złoże mieszane, mixed bed | oba w jednej zasypce | kationy i aniony jednocześnie | wodór i wodorotlenek, które łączą się w wodę |
Różnica między anionitem i kationitem sprowadza się więc do znaku ładunku wbudowanego w szkielet polimeru, a z niego wynika, którą część rozpuszczonych soli dana żywica w ogóle może przyjąć. Przy zmiękczaniu wystarcza kationit, który wymienia twardość na sód. Przy pełnym usunięciu soli potrzebne są oba typy, ponieważ dopiero razem obejmują cały ładunek rozpuszczony w wodzie.
Demineralizacja i dejonizacja wody za pomocą żywic
Demineralizacja wody żywicą jonowymienną i dejonizacja wody żywicą jonowymienną opisują ten sam mechanizm i różnią się punktem odniesienia. Warto to rozdzielić, ponieważ oba określenia pojawiają się w zapytaniach zamiennie, a w specyfikacjach nie zawsze.
Demineralizacja opisuje usunięcie rozpuszczonych soli mineralnych, czyli wynik mierzony zwykle przewodnością. Dejonizacja opisuje mechanizm, czyli usunięcie jonów jako takich. W praktyce oznacza to samo urządzenie i to samo złoże; różnica jest w tym, czy mówimy o efekcie, czy o drodze do niego. Kto porównuje demineralizację a dejonizację w ofertach, porównuje najczęściej dwa opisy tej samej instalacji.
Żywica do demineralizacji wody to w większości przypadków złoże mieszane albo układ dwustopniowy z kationitem i anionitem. Kationit oddaje wodór, anionit wodorotlenek, a oba łączą się w wodę. Dlatego na wyjściu zostaje woda praktycznie pozbawiona rozpuszczonych soli.
Jakiej żywicy użyć w konkretnym przypadku, rozstrzyga skład wody surowej i wymagana jakość na wyjściu. WINKLER nie dostarcza żywicy i nie doradza w jej doborze; dostarczamy worek, w którym złoże pracuje, i dobieramy go do wielkości ziaren oraz do zbiornika więcej.
Dlaczego pojemność jest skończona
Każde ziarno ma ograniczoną liczbę miejsc wymiany. Kiedy są zajęte, nic więcej się nie dzieje i woda przechodzi przez złoże niezmieniona.
To nie zapowiada się z wyprzedzeniem. Przejście nie jest wprawdzie przełącznikiem, ale odstęp między „jeszcze dobrze” a „przebite” jest wąski. Dlatego instalację się nadzoruje, najczęściej przez przewodność albo twardość resztkową na wyjściu. Dalej są dwie drogi: regeneracja albo wymiana złoża więcej.
Filtr z żywicą jonowymienną a worek na żywicę: dwie różne rzeczy
Wyszukiwania w rodzaju „filtr z żywicą jonowymienną” prowadzą w polskim internecie najczęściej do gotowych urządzeń: filtrów do wody z wymiennym wkładem, kartuszy do dzbanków i systemów podzlewozmywakowych. Wkład z żywicą jonowymienną jest w nich elementem zamkniętym, dostarczanym już napełnionym i wymienianym w całości.
To nie jest to, co produkuje WINKLER. Nasz produkt to pusty worek tekstylny o pojemności od kilkunastu do czterdziestu litrów, przeznaczony do zbiornika procesowego albo do kolumny w instalacji przemysłowej. Nie zawiera żywicy, nie jest kartuszem i nie pasuje do obudowy filtra domowego.
Rozróżnienie ma znaczenie praktyczne przy regeneracji. Regeneracja filtra z żywicą jonowymienną w urządzeniu domowym oznacza zwykle wymianę całego wkładu. Regeneracja złoża w instalacji przemysłowej to proces chemiczny prowadzony na miejscu, a worek jest przy tym elementem wielokrotnego użytku albo zostaje wymieniony razem ze złożem.
Jaką rolę pełni worek filtracyjny
Tutaj opłaca się wyraźne rozgraniczenie, ponieważ ten punkt w zapytaniach regularnie się zaciera.
Żywica wykonuje wymianę jonową. Zbiornik albo kolumna utrzymuje ciśnienie i prowadzi przepływ. Worek utrzymuje złoże na miejscu i sprawia, że daje się nim operować.
Worek filtracyjny nie poprawia jakości wody i nie zwiększa pojemności złoża. Zapobiega przedostawaniu się żywicy i jej rozdrobnienia do dalszych elementów instalacji i sprawia, że napełnianie oraz wymiana są wykonalne więcej.
Gdzie stosuje się wymianę jonową
zmiękczanie wody kotłowej i procesowej
demineralizacja dla stopni wody o wysokiej czystości i zastosowań laboratoryjnych
usuwanie pojedynczych jonów, na przykład azotanów albo metali ciężkich, z wód procesowych
odzysk substancji wartościowych z wód płuczących, między innymi w obróbce powierzchniowej
oczyszczanie chemikaliów wrażliwych na zanieczyszczenia, gdzie kryterium staje się sam dobór materiału worka więcej
Trzy najczęstsze nieporozumienia
„Wymiana jonowa filtruje wodę.” Nie. Filtr zatrzymuje cząstki mechanicznie, wymiana jonowa zamienia jony rozpuszczone. Cząstki należy usunąć wcześniej, inaczej obłożą powierzchnię ziaren.
„Woda zdemineralizowana jest jałowa mikrobiologicznie.” Nie. Wymiana jonowa nie usuwa mikroorganizmów, a złoże może wręcz stanowić powierzchnię do ich wzrostu.
„Gęstsza tkanina worka poprawia jakość wody.” Nie. Dokładność tkaniny dotyczy zatrzymania żywicy, a nie stężenia jonów na wyjściu więcej.
